一种用于模拟井下无线射频通讯系统的设备的制作方法

本实用新型涉及石油天然气施工技术领域，尤其是涉及一种用于模拟井下无线射频通讯系统的设备。

背景技术：

无线射频识别(RFID)技术是当前非常热门的一种通讯技术。通过一定频率的交变电流产生空间磁场的耦合，从而可以识别特定的目标并进行数据的无线交互。

近几年，无线射频识别技术开始应用于石油勘探开发领域。特别是，无线射频识别技术作为一种井下工具的控制手段，相比于传统的投球式或压差式控制方式有其明显的技术优势。控制过程中，管柱内通径和井底压力不会改变，也不需要憋压球的磨铣操作，并且可以通过不同编码的标签实现多个无线射频井下工具的复合控制。

当携带有控制命令的标签随钻井液流过井下天线时发生电磁耦合，完成数据的无线交互，读取控制器完成控制命令的解析并控制执行机构动作。但是井下无线射频通讯在工作时，受井下复杂金属环境和标签通过钻井液流速的影响，标签读取成功率降低，严重时造成井下工具控制失败。一方面，井下复杂金属环境将削弱井下天线内部的磁场强度，造成其无法与标签实现电磁耦合，控制命令读取失败；另一方面，如果标签通过天线内部的速度过快，数据还没传输完成，电磁耦合现象就中断了，井下控制系统同样无法得到控制命令。

因此，需要建立一套井下无线射频通讯标签读取性能模拟系统，以模拟井下环境，并进行在不同成份钻井液通过的情况下，标签通过井下天线的测试试验，从而验证井下无线射频系统标签的读取成功率。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本实用新型提出了一种用于模拟井下无线射频通讯系统的设备。该设备能模拟井下无线射频通讯系统工作时的井下环境，测量不同成分的钻井液在不同流速下的标签读取成功率，为井下无线射频通讯系统的设计和优化提供试验数据支持。

根据本实用新型提出了一种用于模拟井下无线射频通讯系统的设备，包括：

蓄液容器，

标签，

具有内通道的模拟短节，从上游到下游的方向上，模拟短节具有依次连接的用于向内通道内投放标签的标签投放装置、井下天线装置和读取控制装置，

其中，内通道通过泥浆泵与蓄液容器连通。

在一个实施例中，标签投放装置包括：

筒状的投放主体，

连通式设置在投放主体的外侧壁上的导向筒，在导向筒的外壁上设置有投放口，

设置在导向筒内并与导向筒匹配的移动体，在移动体的中间处设置有能与投放口连通的第一通孔，移动体构造为在外力作用下使第一通孔延伸到投放主体的内腔中。

在一个实施例中，标签投放装置还包括驱动轴，驱动轴的一端与移动体固定连接，而另一端穿过设置在导向筒的自由端的固定件后向外界延伸。

在一个实施例中，驱动轴与固定件螺纹连接。

在一个实施例中，井下天线装置包括：

与投放主体连接的筒状的天线装置主体，

设置在天线装置主体的内腔中的天线承载筒，天线承载筒的内腔与投放主体的内腔连通，

缠绕式设置在天线承载筒的外壁上的天线。

在一个实施例中，读取控制装置具有：

与天线装置主体连接的读取控制装置主体，读取控制装置主体的内腔与天线承载筒的内腔连通，

设置在读取控制装置主体的外壁上的处理器，处理器与天线连接。

在一个实施例中，天线装置主体的下游端插入到读取控制装置主体的内腔中，且在天线装置主体的下游端面与设置在读取控制装置主体的内腔中的第一台阶面之间设置用于处理器与天线连接的连接器，连接器的电缆穿过读取控制装置主体的外壁与处理器连接。

在一个实施例中，在连接器的上游端面与天线装置主体的下游端面之间设置第一密封件。

在一个实施例中，在读取控制装置的下游端可拆卸式设置筒状的下接头，在下接头的内腔与读取控制装置的读取控制装置主体的内腔之间设置筛网。

在一个实施例中，下接头与蓄液容器通过回收管连通。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于，能够模拟井下无线射频通讯系统工作时的真实环境，并能通过泥浆泵而产生不同流速的钻井液而更好的模拟井下真实工况，以实现对井下无线射频通讯系统性能评估。

附图说明

下面将结合附图来对本实用新型的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本实用新型的一个实施例的设备；

图2显示了根据本实用新型的一个实施例的设备的模拟短节的剖面图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1显示了根据本实用新型的一个实施例用于模拟井下无线射频通讯系统的设备100。如图1和2所示，设备100包括蓄液容器1、泥浆泵2，模拟短节3和标签10。模拟短节3具有内通道31，并且从上游到下游的方向上，模拟短节3包括依次连接的标签投放装置4、井下天线装置6和读取控制装置7。其中，蓄液容器1用于存放钻井液。泥浆泵2设置在蓄液容器1和模拟短节3之间，以向模拟短节3中泵送储存在蓄液容器1中的钻井液。标签投放装置4用于投放标签10以使得标签10进入到内通道31中。井下天线装置6用于与在钻井液作用下移动的标签10产生电磁耦合以完成数据交互。读取控制装置7用于接收井下天线装置6的数据。

由此，在模拟过程中，首先，启动泥浆泵2，使得蓄液容器1中的钻井液以一定的排量进入模拟短节3的内通道31。然后，通过标签投放装置4向内通道31内投放标签10。在钻井液冲击下，标签10向下游方向移动，在通过井下天线装置6时，标签10与井下天线装置6产生电磁耦合，完成数据交互。读取控制装置7接收井下天线装置6的数据并解析。该设备100的蓄液容器1中可以存放不同成分的钻井液，以模拟不同成分的钻井液对标签10读取性能的影响。同时，通过泥浆泵2可以调整钻井液的排量等，模拟标签10在不同的流速下通过井下天线装置6而检测标签10的通过速度对读取性能的影响。通过该设备100可以更真实的模拟标签10在井下的通过工况，为无线射频通讯系统的设计和优化提供试验数据支持。

在一个实施例中，标签投放装置4包括投放主体41、导向筒42、移动体43、固定件44和驱动轴45。其中，投放主体41呈筒状，并沿着轴向延伸，其内腔为内通道31的一部分。导向筒42设置在投放主体41的外侧壁上并径向延伸，且导向筒42与投放主体41连通。在导向筒42的外壁上设置有投放口46，以作为标签10进入导向筒42的入口。移动体43设置在导向筒42的内腔中，并与导向筒42的形状匹配。在移动体43的中间处设置有轴向的第一通孔47，在第一状态(也就是图2中所示的待放入标签10的状态)下，第一通孔47与投放口46连通，以使得标签10通过投放口46后放置在第一通孔47处。固定件44设置在导向筒42的自由端处，并与导向筒42固定连接。驱动轴45的一端与移动体43固定连接，而另一端穿过固定件44后向外界延伸。优选地，驱动轴45与固定件44螺纹配合。从而，在旋拧驱动轴45的过程中，驱动轴45驱动移动体43径向向内运动，以带动处在第一通孔47处的标签10向内通道31中运动，待第一通孔47延伸到投放主体41的内腔中时，在钻井液的冲击作用下，标签10进入到内通道31中并向下游运动。此时，可以反向旋拧驱动轴45，以带动移动体43回退到第一状态为再次投入标签10做准备。通过这种设置可方便地向内通道31中投入标签10，且该设置结构简单，易于实现。

需要说明的是，驱动轴45与固定件44也可以不采用螺纹配合。例如，固定件44为橡胶等弹性件，而驱动轴45与固定件44摩擦配合。驱动轴45所受到的力能克服摩擦力的时候，驱动轴45带动移动体43相对应固定件44移动，从而实现标签10的投放。

为了方便操作，在驱动轴45的自由端还设置有手柄48。为了制造简单，手柄48构造为沿轴向延伸的棒状。通过这种设置使得投入标签10的操作变得简单便捷。

由于，第一通孔47设置在移动体43的中心处，在第一状态下，移动体43的处于第一通孔47的下部与导向筒42的形状匹配，能阻止钻井液由导向筒42处泄露。而为了增强密封效果，可在移动体43的处于第一通孔47的下部与导向筒42之间设置第三密封件49。优选地，第三密封件49为密封圈，并设置在移动体43的外壁上。当然，第三密封件49也可以设置在导向筒42的内侧壁上。而在移动体43下移送入标签10使得第一通孔47进入到投放主体41的内腔中时，移动体43的处于第一通孔47的上部与导向筒42形状配合，以阻止钻井液由导向筒42处泄露。而为了增强密封效果，可在移动体43的处于第一通孔47的上部与导向筒42之间设置第二密封件40。优选地，第二密封件40为密封圈，并设置在移动体43的外壁上。通过上述设置增加了设备100的密封效果，避免了钻井液通过标签投放装置4而泄露。

在一个实施例中，井下天线装置6包括天线装置主体61、天线承载筒62和天线63。其中，天线装置主体61用于与投放主体41连接，并为筒状结构。天线承载筒62设置在天线装置主体61的内腔中，并且天线承载筒62的内腔与投放主体41的内腔连通，以作为内通道31的一部分，用于钻井液流过。天线63缠绕式设置在天线承载筒62的外壁上的，通过一定频率的交流电能使得天线63的内部产生空间磁场，当标签10通过天线承载筒62的内腔中时，标签10与产生的空间磁场发生电磁耦合，以完成数据交互。

读取控制装置7具有读取控制装置主体71和处理器72。读取控制装置主体71与天线装置主体61连接，并且读取控制装置主体71的内腔与天线承载筒62的内腔连通，以作为内通道31的一部分。处理器72设置在读取控制装置主体71的外壁上，并与天线63电连接，以接收并解析来自天线63的数据。

在一个实施例中，天线装置主体61的下游端插入到读取控制装置主体71的内腔中，以实现两者的连接。在读取控制装置主体71的内腔中设置第一台阶面73，在天线装置主体61插入到读取控制装置主体71的内腔中后，天线装置主体61的下游端面与第一台阶面73之间设置连接器50，用于实现处理器72与天线63电连接。连接器50的电缆穿过读取控制装置主体71的外壁与处理器72连接。

优选地，在读取控制装置主体71的第一台阶面73处的外壁上设置轴向的第一连通孔74，同时在读取控制装置主体71的外壁上设置径向的第二连通孔75，以与第一连通孔74连通。通过这种设置实现读取控制装置主体71的内腔与外界的沟通，以用于连接器50的电缆穿过。这种设置结构简单，易于实现。

在连接器50的上游端面与天线装置主体61的下游端面之间设置第一密封件(图中未示出)，以实现天线装置主体61与读取控制装置主体71之间的密封。需要说明的是，连接器50的主体结构也可以由橡胶等弹性材料制成。在这种情况下，连接器50本身就能起到密封的作用，而不需要再设置第一密封件。

在读取控制装置7的下游端设置筒状的下接头8，优选地，读取控制装置7与下接头8可拆卸式连接。在下接头8的内腔与读取控制装置7的读取控制装置主体71的内腔之间设置筛网9，以用于回收标签10。在标签10通过读取控制装置7后，被筛网9拦截，之后可以通过取下下接头8而取出标签10。通过上述设置方便了标签10的回收。

下接头8与蓄液容器1通过回收管11连通。也就是，通过内通道31的钻井液又流回了蓄液容器1。通过这种设置能保证钻井液的循环利用，提高经济效益。

为了连接的便利性，还可在模拟短节3中增加用于其连接作用的接头。例如，如图2中所示的，在标签投放装置4和井下天线装置6之间设置了连接接头5，以方便标签投放装置4和井下天线装置6的连接。

在本申请中，方位用语“上”和“下”以模拟测试过程中钻井液的流动方向为参照。

以上仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。